褶皱附近冲击矿压规律及其控制研究

论文摘要

冲击矿压是矿山开采中发生的煤岩动力现象之一。褶皱等构造附近常常会发生冲击矿压,严重影响煤矿安全开采。因此,研究褶皱附近冲击矿压规律及其控制,对于保证煤矿安全生产具有一定的实际意义。本文以地质动力学为基础分析了褶皱的成因以及对地应力场的影响,认为工作面超前支承压力与残余构造应力的叠加,形成了局部应力集中是导致褶皱附近冲击矿压的原因之一。采用试验研究,测试了纯煤和湿煤试件的冲击倾向性和煤岩体变形破坏过程中的电磁辐射规律。褶皱附近冲击矿压的影响因素是多方面的,一般有褶皱对工作面超前支承压力的影响,采动导致的残余应力释放,褶皱引起的构造型冲击矿压。通过对褶皱附近冲击矿压的影响因素进行数值分析,得到距褶皱轴部相同距离时,工作面自背斜轴部起俯采时,支承应力集中系数比自向斜轴部起仰采大,最大水平应力集中系数开始时前者小,而后逐渐大于后者;先开采向斜轴部工作面,再开采向斜翼部工作面后,靠近向斜一侧煤体的应力集中系数有不同程度降低,而采用相反开采顺序时,该侧应力集中程度更大。因此,可以确定当工作面从褶皱翼部开始回采时,冲击矿压的危险性远高于工作面从褶皱轴部开始回采的的危险性;当褶皱背向斜同时存在时,工作面从褶皱背斜轴部开始俯采时,冲击危险性远高于从褶皱向斜轴部开始仰采的危险性。以砚北矿250205上工作面为现场实践点,进行褶皱冲击矿压预测、减冲现场测试。实践表明,采用电磁辐射法可以对冲击矿压危险性进行有效预测,卸压爆破、注水可以有效降低冲击矿压的强度或消除冲击矿压。该论文有图75幅,表22个,参考文献78篇。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 冲击矿压概述
• 1.2 褶皱冲击矿压概述
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 冲击矿压机理的研究现状
• 1.3.2 褶皱附近冲击矿压机理的研究现状
• 1.4 褶皱附近冲击矿压研究存在的问题
• 1.5 研究内容
• 1.6 研究方法
• 2 褶皱附近煤岩冲击倾向性实验研究
• 2.1 冲击倾向性指标
• 2.2 实验系统简介
• 2.2.1 实验系统
• 2.2.2 实验方法
• 2.3 煤样的冲击倾向性指标测定
• 2.3.1 试件制取
• 2.3.2 加载方式
• 2.3.3 测试结果及分析
• 2.4 顶板力学性质测定
• 2.4.1 试件制取
• 2.4.2 加载方式
• 2.4.3 测试结果及分析
• 2.5 煤岩变形破坏声电效应测定
• 2.5.1 试验过程描述
• 2.5.2 煤岩样的声发射和电磁辐射特征
• 2.6 煤岩样吸水率试验测定
• 2.7 小结
• 3 褶皱构造对地应力场的影响
• 3.1 褶皱的成因分析
• 3.1.1 形成褶皱的力的作用方式
• 3.1.2 褶皱作用类型
• 3.1.3 岩层的成层性和厚度在褶皱形成中的作用
• 3.1.4 岩层的岩石力学性质对褶皱形成的影响
• 3.1.5 岩层埋藏深度以及应变速率对褶皱形成影响
• 3.2 构造应力特点及其分类
• 3.2.1 构造应力特点
• 3.2.2 构造应力分类
• 3.3 褶皱构造对地应力的影响
• 3.3.1 原岩应力状态的影响因素
• 3.3.2 褶皱构造对地应力场的影响
• 3.4 小结
• 4 构造应力对冲击矿压的控制及其作用
• 4.1 褶皱附近冲击矿压发生的特点
• 4.2 构造应力对冲击矿压的影响
• 4.2.1 构造应力对顶板的影响
• 4.2.2 构造应力对底板的影响
• 4.3 单层褶皱形成过程中的应力和变形数值模拟研究
• 4.3.1 FLAC 数值模拟方法
• 4.3.2 单层褶皱应力和变形数值模拟分析
• 4.3.3 模拟方案
• 4.3.4 模拟结果及分析
• 4.4 多层岩层褶皱形成过程中的应力和变形规律数值模拟研究
• 4.4.1 模型建立
• 4.4.2 模拟结果
• 4.5 褶皱附近冲击矿压影响因素的数值分析
• 4.5.1 模型的建立
• 4.5.2 褶皱不同部位工作面开采对应力场的影响分析
• 4.5.3 多工作面不同开采顺序对应力场分布的影响
• 4.6 构造应力型冲击矿压的控制对策
• 4.7 小结
• 5 现场褶皱附近地应力场反演
• 5.1 砚北矿地质开采技术条件
• 5.2 砚北矿 2502 采区的地应力场反演
• 5.2.1 模拟分析的必要性
• 5.2.2 UDEC 模拟软件简介
• 5.2.3 模拟计算剖面的选取
• 5.2.4 模型的建立
• 5.2.5 模拟结果分析
• 5.3 小结
• 6 褶皱附近冲击矿压灾害的防治
• 上工作面冲击危险性分析'>6.1 250205^上工作面冲击危险性分析
• 6.2 砚北矿褶皱冲击矿压危险监测
• 6.2.1 电磁辐射法现场监测
• 6.2.2 微震法现场连续监测
• 6.2.3 钻屑法现场监测
• 6.3 砚北矿褶皱冲击矿压解危措施及其实施
• 6.3.1 冲击矿压强度弱化理论
• 6.3.2 冲击危险区域及其防治措施的选择
• 6.3.3 煤体卸压爆破
• 6.3.4 注水进行卸压
• 6.3.5 爆破破坏顶板完整性
• 6.3.6 砚北矿褶皱冲击矿压解危措施效果验证
• 6.4 小结
• 7 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集